带时钟门控的数据读出接口电路制造技术

本发明专利技术提出一种带时钟门控的数据读出接口电路，属于集成电路和光电技术领域。本发明专利技术包括使能控制单元和M个移位寄存模块，M为所述单光子雪崩二极管探测阵列包含的像素数目；移位寄存模块用于储存和读出单光子雪崩二极管探测阵列的单级像素数据，使能控制单元用于实现读出时钟的时钟门控，当单光子雪崩二极管探测阵列中第x级像素的数据读出后，使能控制单元中第x级第一D触发器的输出进行切换，控制对应的第x个移位寄存模块中的第一2选1多路选择器输出由读出时钟切换为低电平信号，从而关闭第x级像素对应的D触发器组，达到节省功耗的目的。

【技术实现步骤摘要】
带时钟门控的数据读出接口电路
本专利技术属于集成电路和光电
，具体涉及一种读出电路(ReadOutIntegratedCircuit,ROIC)中带时钟门控的数据读出接口电路。
技术介绍
三维成像技术分为扫描式和无扫描式，其中扫描式的代表为扫描激光雷达器，因在成像分辨率、速度与精度上仍然存在不足，限制了三维成像技术的应用；而无扫描三维成像技术通过同时探测空间中各点的三维信息，弥补了以上不足。近年来，随着电子技术与工艺水平的提高，基于光子飞行时间(TimeOfFlight,TOF)的无扫描成像技术飞速发展。根据TOF测距技术，单光子雪崩二极管(SinglePhotonAvalancheDiode,SPAD)探测阵列可测得单光子往返被测目标的距离信息。为了实现探测器信号的提取、读出及前端处理，需要配套的读出电路(ReadOutIntegratedCircuit,以下简称ROIC电路。ROIC电路主要由检测雪崩信号的接口电路、测量光子飞行时间的时间数字转换(TimeToDigitalConverter,TDC)电路与数据读出接口组成。其中在对ROIC电路中数据读出接口电路的设计中，由于单光子雪崩二极管SPAD阵列的规模通常十分庞大，需要读出的数据量也相应巨大，如果使用高速的时钟，则可以快速读出，但会消耗大量功耗，不利于低功耗与小型化应用，反之，则需要更长的时间读出。
技术实现思路
针对上述传统ROIC电路中的数据读出接口电路难以在速度和功耗之间实现平衡的不足之处，本专利技术提出一种带时钟门控的数据读出接口电路，使用移位寄存器结合时钟门控(ShiftClock-Gating,SCG)技术，解决了数据读出接口电路在读出速度与功耗的折中问题。本专利技术的技术方案如下：带时钟门控的数据读出接口电路，适用于单光子雪崩二极管探测阵列，所述数据读出接口电路包括使能控制单元，所述使能控制单元包括M个级联的第一D触发器，M为所述单光子雪崩二极管探测阵列包含的像素数目；所述第一D触发器的时钟端连接读出时钟，其复位端连接全局复位信号；每一级所述第一D触发器的输出端连接下一级所述第一D触发器的输入端，第一级所述第一D触发器的输入端连接预设信号；所述数据读出接口电路还包括M个移位寄存模块，其中第x个移位寄存模块包括第一2选1多路选择器、第二2选1多路选择器、第三2选1多路选择器和D触发器组，x∈[1,M]；所述第一2选1多路选择器的两个输入端分别连接低电平信号和所述读出时钟，其选择端连接所述使能控制单元中第x级第一D触发器的输出端；所述第一2选1多路选择器在所述使能控制单元中第x级第一D触发器被触发时输出低电平信号，否则输出所述读出时钟；所述第二2选1多路选择器的第一输入端连接所述单光子雪崩二极管探测阵列的回波脉冲信号，其第二输入端连接所述第一2选1多路选择器的输出端，其选择端连接读出信号；所述第三2选1多路选择器的第一输入端连接所述单光子雪崩二极管探测阵列中第x级像素获得的数据，其第二输入端连接所述单光子雪崩二极管探测阵列中第x-1级像素存储的数据，其选择端连接所述读出信号，第一个移位寄存模块中所述第三2选1多路选择器的第二输入端连接预设的数据；当所述读出信号为低电平时，所述第二2选1多路选择器和第三2选1多路选择器将其第一输入端连接的信号输出；当所述读出信号为高电平时，所述第二2选1多路选择器和第三2选1多路选择器将其第二输入端连接的信号输出；所述D触发器组包括N个第二D触发器，N为所述单光子雪崩二极管探测阵列中单级像素的数据位数；所述第二D触发器的时钟端连接所述第二2选1多路选择器的输出端，其复位端连接所述全局复位信号；所述N个第二D触发器的输入端分别连接所述第三2选1多路选择器输出的N位数据，其输出端输出所述数据读出接口电路读出的第x级像素的N位数据。具体的，所述预设信号为高电平信号，所述第一2选1多路选择器的第一输入端连接所述读出时钟，其第二输入端连接低电平信号；当所述使能控制单元中第x级第一D触发器被触发时，第x级第一D触发器的输出信号从低电平翻转为高电平，使得第x个所述移位寄存模块中的第一2选1多路选择器的输出信号从所述读出时钟变为低电平信号。具体的，所述第一D触发器为带置位端的D触发器，所述预设信号为低电平信号，所述第一2选1多路选择器的第一输入端连接低电平信号，其第二输入端连接所述读出时钟；当所述使能控制单元中第x级第一D触发器被触发时，第x级第一D触发器的输出信号从高电平翻转为低电平，使得第x个所述移位寄存模块中的第一2选1多路选择器的输出信号从所述读出时钟变为低电平信号。本专利技术的有益效果为：本专利技术通过移位寄存模块实现了阵列中每级像素捕捉的数据的储存和读出，通过使能控制单元实现了对读出时钟的时钟门控，结合捕捉模式与读出模式的切换实现阵列数据有序读出，使得每当本级像素捕捉的数据被读出后，关闭本级像素对应的D触发器组，使每级像素的D触发器组仅工作在指定的工作窗口中，极大节省了功耗；本专利技术虽然也使用了高速时钟，但结合时钟门控实现了速度和功耗的折中。附图说明图1为本专利技术提出的带时钟门控的数据读出接口电路中用于储存与读出的移位寄存模块的电路原理图。图2为本专利技术提出的带时钟门控的数据读出接口电路中用于时钟门控的使能控制单元的电路原理图。图3为将本专利技术提出的带时钟门控的数据读出接口电路应用于3像素阵列时在捕捉模式下的工作原理图。图4为将本专利技术提出的带时钟门控的数据读出接口电路应用于3像素阵列时在读出模式下的工作原理图。图5为将本专利技术提出的带时钟门控的数据读出接口电路应用于3像素阵列8bit数据读出时的工作时序图。图6为采用无时钟门控时的读出接口工作时序图。具体实施方式本专利技术提出一种带时钟门控的数据读出接口电路，利用M个级联的第一D触发器构成使能控制单元，分别对M个移位寄存模模块实现时钟门控，下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细的描述。移位寄存模块用于储存和读出单光子雪崩二极管探测阵列的单级像素数据，M个移位寄存模块的结构相同，下面以第x个移位寄存模模块为例进行说明，x∈[1,M]。如图1所示是第x个移位寄存模模块的一种实现形式，包括第一2选1多路选择器MUXA、第二2选1多路选择器MUXB、第三2选1多路选择器MUX<N-1:0>和D触发器组DFF<N-1:0>；第一2选1多路选择器MUXA的两个输入端分别连接低电平信号和读出时钟CLK_READ，其选择端连接使能控制单元中第x级第一D触发器的输出信号EN<x>。第一2选1多路选择器MUXA配合使能控制单元使用，在使能控制单元中第x级第一D触发器被触发时第一2选1多路选择器MUXA输出低电平信号，否则输出读出时钟CLK_READ。第二2选1多路选择器MUXB的第一输入端连接单光子雪崩二极管探测阵列的回波脉冲信号stop，其第二输入端连接第一2选1多路选择器MUXA的输出端，其选择端连接读出信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.带时钟门控的数据读出接口电路，适用于单光子雪崩二极管探测阵列，其特征在于，所述数据读出接口电路包括使能控制单元，所述使能控制单元包括M个级联的第一D触发器，M为所述单光子雪崩二极管探测阵列包含的像素数目；所述第一D触发器的时钟端连接读出时钟，其复位端连接全局复位信号；每一级所述第一D触发器的输出端连接下一级所述第一D触发器的输入端，第一级所述第一D触发器的输入端连接预设信号；/n所述数据读出接口电路还包括M个移位寄存模块，其中第x个移位寄存模块包括第一2选1多路选择器、第二2选1多路选择器、第三2选1多路选择器和D触发器组，x∈[1,M]；/n所述第一2选1多路选择器的两个输入端分别连接低电平信号和所述读出时钟，其选择端连接所述使能控制单元中第x级第一D触发器的输出端；所述第一2选1多路选择器在所述使能控制单元中第x级第一D触发器被触发时输出低电平信号，否则输出所述读出时钟；/n所述第二2选1多路选择器的第一输入端连接所述单光子雪崩二极管探测阵列的回波脉冲信号，其第二输入端连接所述第一2选1多路选择器的输出端，其选择端连接读出信号；所述第三2选1多路选择器的第一输入端连接所述单光子雪崩二极管探测阵列中第x级像素获得的数据，其第二输入端连接所述单光子雪崩二极管探测阵列中第x-1级像素存储的数据，其选择端连接所述读出信号，第一个移位寄存模块中所述第三2选1多路选择器的第二输入端连接预设的数据；当所述读出信号为低电平时，所述第二2选1多路选择器和第三2选1多路选择器将其第一输入端连接的信号输出；当所述读出信号为高电平时，所述第二2选1多路选择器和第三2选1多路选择器将其第二输入端连接的信号输出；/n所述D触发器组包括N个第二D触发器，N为所述单光子雪崩二极管探测阵列中单级像素的数据位数；所述第二D触发器的时钟端连接所述第二2选1多路选择器的输出端，其复位端连接所述全局复位信号；所述N个第二D触发器的输入端分别连接所述第三2选1多路选择器输出的N位数据，其输出端输出所述数据读出接口电路读出的第x级像素的N位数据。/n...

【技术特征摘要】
1.带时钟门控的数据读出接口电路，适用于单光子雪崩二极管探测阵列，其特征在于，所述数据读出接口电路包括使能控制单元，所述使能控制单元包括M个级联的第一D触发器，M为所述单光子雪崩二极管探测阵列包含的像素数目；所述第一D触发器的时钟端连接读出时钟，其复位端连接全局复位信号；每一级所述第一D触发器的输出端连接下一级所述第一D触发器的输入端，第一级所述第一D触发器的输入端连接预设信号；
所述数据读出接口电路还包括M个移位寄存模块，其中第x个移位寄存模块包括第一2选1多路选择器、第二2选1多路选择器、第三2选1多路选择器和D触发器组，x∈[1,M]；
所述第一2选1多路选择器的两个输入端分别连接低电平信号和所述读出时钟，其选择端连接所述使能控制单元中第x级第一D触发器的输出端；所述第一2选1多路选择器在所述使能控制单元中第x级第一D触发器被触发时输出低电平信号，否则输出所述读出时钟；
所述第二2选1多路选择器的第一输入端连接所述单光子雪崩二极管探测阵列的回波脉冲信号，其第二输入端连接所述第一2选1多路选择器的输出端，其选择端连接读出信号；所述第三2选1多路选择器的第一输入端连接所述单光子雪崩二极管探测阵列中第x级像素获得的数据，其第二输入端连接所述单光子雪崩二极管探测阵列中第x-1级像素存储的数据，其选择端连接所述读出信号，第一个移位寄存模块中所述第三2选1多路选择器的第二输入端连接预设的数据；当所述读出信号为低电平时，所述第二2选1多路选择器和第三2...

【专利技术属性】
技术研发人员：甄少伟，许王帅，熊海亮，杨芮，杨涛，谢泽亚，张波，
申请(专利权)人：电子科技大学，电子科技大学广东电子信息工程研究院，
类型：发明
国别省市：四川;51